硅晶片清洗：半導(dǎo)體制造過程中的一個基本和關(guān)鍵步驟

引言

半導(dǎo)體是一種導(dǎo)電率介于絕緣體和導(dǎo)體之間的固體物質(zhì)。半導(dǎo)體材料的定義屬性是它可以摻雜雜質(zhì)，以可控的方式改變其電子屬性。硅是開發(fā)微電子器件時最常用的半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體器件制造是用于制造日常電氣和電子設(shè)備中存在的集成電路的工藝。在半導(dǎo)體器件制造中，各種處理步驟分為四大類，例如沉積、去除、圖案化和電特性的改變。

最后，通過在半導(dǎo)體材料中摻雜雜質(zhì)來改變電特性。晶片清洗過程的目的是在不改變或損壞晶片表面或襯底的情況下去除化學(xué)和顆粒雜質(zhì)。進行晶片清洗是為了預(yù)擴散清洗方法，該方法產(chǎn)生了沒有金屬、顆粒和有機污染物的表面，金屬離子去除干凈即去除對半導(dǎo)體器件操作有不利影響的金屬離子，顆粒去除清潔是指使用化學(xué)或機械擦洗從表面去除顆粒，使用兆頻超聲波清潔和蝕刻后清潔，其去除蝕刻過程后留下光刻膠和聚合物。
硅片清洗程序

圖1：RCA清洗的詳細過程
RCA清洗是用于從硅片上去除有機物、重金屬和堿金屬離子的“標準工藝”。這里使用超聲波攪動來去除顆粒。在圖1中，討論了RCA清洗方法。第一步，以1∶1-1∶4的比例加入硫酸和過氧化氫。將晶片浸入溫度為100-150℃的溶液中10分鐘。這一過程也被稱為pirhana清洗。之后，將晶片浸入氫氟酸(HF)溶液中1分鐘，其中HF和H2O的比例為1∶10。最后，在室溫下用去離子水沖洗晶片一段固定的時間。另外兩個過程，即SC-1和SC-2方法也包括在RCA清洗過程中。在每一步中，晶片都要用去離子水沖洗，以進行適當(dāng)?shù)那逑础?/p>

標準清洗包括兩個步驟，即SC-1和SC-2。在SC-1法中，氫氧化銨(28%)、過氧化氫(30%)和水以1:1:5的比例加入，溫度為70-80℃。硅晶片保持浸入其中溶液10分鐘，并保持高pH值。這種方法氧化有機污染物(形成二氧化碳、水等)并與金屬(金、銀、銅、鎳、鋅、鎘、鈷、鉻)形成絡(luò)合物。在這個過程中，自然氧化物慢慢溶解并重新生長出新的氧化物，從而去除氧化物上的顆粒。NH4OH使用較少，因為它蝕刻硅并使其表面粗糙。

在SC-2法中，鹽酸(73%)、過氧化氫(73%)和水的比例為1:1:6，溫度為70-80℃。將硅片浸入該溶液中10分鐘，并保持低pH值。該方法用于去除堿性離子和陽離子，它們在堿性溶液如SC-1中形成NH4OH不溶性氫氧化物。這些金屬在SC-1溶液中沉淀到晶片表面，而在SC-1溶液中形成可溶性絡(luò)合物。

結(jié)論

潔凈室是所有這些清潔過程發(fā)生的地方，也是采取措施減少微粒污染的地方。潔凈室中的溫度、濕度和壓力等所有參數(shù)都通過使用一些關(guān)鍵組件進行控制。污染物發(fā)生在微電子集成電路制造過程中。清洗是從晶片上去除污染物的最理想的工藝之一。英思特所有的清潔過程都發(fā)生在一個干凈的房間里。在清洗過程中，通過超聲波攪動，大部分顆粒被去除。有機物(光致抗蝕劑)在等離子體或硫酸/過氧化氫溶液中被去除，這被稱為piranha清洗。“RCA清洗”用于去除金屬和任何殘留物硅片中存在有機物。清洗約占任何集成電路制造過程的四分之一。

審核編輯 黃宇